Estudo de Energia Incidente

Introdução

A energia elétrica é um bem essencial nas atividades modernas. A praticidade, o conforto e a agilidade que ela proporciona aos processos produtivos devem ser acompanhados de cuidados com a segurança dos trabalhadores que atuam diretamente com eletricidade.

Diante desse contexto, o risco de arco elétrico, tratado como um dos mais graves riscos ao trabalhador, é o tema deste artigo. Saber quantificar o risco de um arco, a energia incidente e as proteções envolvidas é fundamental para evitar acidentes.

A energia elétrica é um bem indispensável no mundo moderno. Hoje, é praticamente impensável a vida sem sua utilização em nossos lares, na indústria e no comércio. O desenvolvimento de um país passa pela riqueza e pela diversificação de sua matriz energética. Todo esse conforto e praticidade vêm acompanhados de certos riscos, que requerem cuidados de segurança em seu manuseio.

Quando se pensa em perigos associados à energia elétrica, logo vêm à mente os problemas com choques elétricos e curtos-circuitos. Outro problema, com consequências graves para os seres humanos, é o arco elétrico. Trabalhadores que operam e fazem manutenção em sistemas elétricos, principalmente em sistemas industriais, estão sujeitos a esse fenômeno, que, em função da grande energia liberada, pode causar graves queimaduras e levar até a óbito. Outros problemas associados ao arco elétrico são perda de visão, surdez e fraturas.

Assim, é de suma importância saber quantificar esse risco e aplicar procedimentos que podem salvar vidas diante de um problema dessa natureza. Normas nacionais e internacionais apresentam modelos de cálculo da energia incidente que quantificam o problema e ajudam a dimensionar a proteção, bem como os equipamentos de proteção individual do trabalhador, com vestimentas e calçados adequados.

Entre as principais referências técnicas sobre o assunto estão a IEEE Std 1584 e a NFPA 70E. Elas serão discutidas nos tópicos seguintes, juntamente com a metodologia de cálculo da energia incidente.

O arco elétrico

Um arco elétrico é caracterizado por um curto-circuito através de um meio geralmente não condutivo, como o ar. O fenômeno possui alta potência e capacidade de liberar grandes quantidades de energia na forma de calor e luz. Para se ter uma ideia, a temperatura em um fenômeno desse tipo pode chegar a 20.000 K [1].

Ainda de acordo com [1], a maioria das falhas por arco é de origem monofásica e, se não for eliminada rapidamente, pode se transformar em trifásica, agravando o problema. O arco elétrico tem um comportamento diferente da corrente de falta convencional devido à resistência de arco e geralmente possui valores menores quando comparado a um curto-circuito. Devido a essa imprevisibilidade, os cálculos de energia incidente descritos nas normas vigentes são baseados em dados experimentais [2].

A natureza destrutiva do arco elétrico vem sendo apresentada e discutida em trabalhos ao longo dos anos. Danos à vida humana, como comentado na introdução, e danos aos equipamentos estão entre os problemas mais abordados. Custos relacionados a equipamentos danificados e paradas de produção também são reflexos do arco elétrico.

Normas sobre arco elétrico e cálculo de energia incidente

Entre as principais referências internacionais sobre o tema estão a IEEE 1584 e a NFPA 70E. Elas orientam o cálculo da energia incidente e a segurança no trabalho, como abordado de forma sucinta nos tópicos seguintes.

IEEE 1584

O objetivo da norma IEEE 1584 [3] é calcular a energia incidente à qual os trabalhadores estão expostos durante manutenções e operações. O modelo de cálculo é derivado de um modelo empírico. A norma é uma das mais utilizadas para o estudo de energia incidente, com metodologia implementada em vários softwares de cálculo e simulação. A IEEE 1584 apresenta dez etapas, descritas de forma sucinta a seguir.

1. Coleta de dados do sistema. De acordo com a norma, um dos maiores esforços para a realização de um estudo de risco de arco é a coleta de dados do sistema. São necessárias revisões do diagrama unifilar e informações sobre as fontes de energia, como concessionária, motores, cabos e transformadores.
2. Determinação dos modos de operação. Nesta etapa, são avaliados todos os modos de operação do sistema: operação normal, manutenção e outras condições especiais.
3. Determinação das correntes de curto-circuito. O estudo de arco é baseado em um estudo prévio e atualizado de curto-circuito, que pode ser realizado por meio de software específico.
4. Determinação dos espaçamentos típicos entre condutores e das dimensões dos painéis. A seção 6.5 da IEEE 1584 apresenta uma tabela com espaçamentos típicos entre condutores ou barramentos e dimensões típicas de painéis para cada classe de tensão.
5. Determinação da configuração dos eletrodos do equipamento. Nessa etapa, é determinada a disposição dos condutores, considerando se estão ao ar livre ou dentro do painel e se estão nas posições vertical ou horizontal. A tabela 9 da seção 6.6 da norma auxilia na identificação dessas configurações.
6. Determinação das distâncias de trabalho. A proteção contra arco, de acordo com a IEEE 1584, é baseada no nível de energia incidente na cabeça e no tronco do trabalhador à distância de trabalho. As distâncias típicas são apresentadas na tabela 10 da seção 6.7 da norma.
7. Cálculo da corrente de arco. A corrente de arco é determinada principalmente com base nas correntes do estudo prévio de curto-circuito. Ela é calculada utilizando as equações disponíveis na seção 4 da norma.
8. Cálculo da duração do arco. A duração do arco é definida conforme o tempo necessário para que as fontes a montante deixem de fornecer energia à falta. Assim, geralmente depende do tempo de operação de um dispositivo de sobrecorrente.
9. Cálculo da energia incidente. A energia incidente é calculada por meio das equações da seção 4 da norma. Normalmente, utiliza-se um software específico para esse estudo.
10. Determinação do limite do arco. Nessa etapa, é calculado o limite do arco para um equipamento, utilizando as equações da seção 4 da referida norma.

NFPA 70E

A NFPA 70E [4] tem como objetivo apresentar práticas de segurança para os trabalhadores que atuam com eletricidade. A norma descreve a segurança no local de trabalho e a manutenção, além de apresentar características dos EPIs para cabeça, pés, mãos e face. A seleção dos EPIs é abordada por meio de tabelas e do cálculo da energia incidente, utilizando o método de Ralph Lee, o método de Doughty e Neal e o método da própria IEEE 1584.

Dispositivos de proteção contra arco elétrico

Nos tópicos anteriores, foram abordados os perigos envolvendo o arco elétrico e as principais normas para quantificar o risco, calcular a energia incidente e selecionar os EPIs. Neste tópico, serão apresentados os dispositivos e as proteções contra arcos elétricos.

Software

O software ETAP® de simulação de sistemas elétricos possui uma plataforma de energia incidente para análise do arco elétrico de acordo com a IEEE 1584-2018. O software também realiza a avaliação de risco e dos níveis adequados de EPI conforme a NFPA 70E [5]. Alguns dos recursos da análise de arco são:

• Cálculo da corrente de arco e da energia incidente.
• Elaboração de etiquetas.
• Criação de coordenogramas para proteção.
• Obtenção de dados típicos de painéis de acordo com a IEEE 1584.
• Plataforma para análise dos resultados.

Conclusão

A segurança no manuseio da energia elétrica, em particular na prevenção e na mitigação dos riscos associados ao arco elétrico, é de extrema importância.

As normas, os dispositivos de proteção e os softwares especializados desempenham um papel fundamental nesse processo, fornecendo diretrizes e ferramentas para a quantificação, a prevenção e a proteção contra o arco elétrico.

É essencial que as empresas e os profissionais do setor elétrico estejam cientes dessas medidas de segurança e as implementem em suas práticas cotidianas, a fim de garantir um ambiente de trabalho seguro e reduzir os riscos relacionados à energia elétrica.